JP2017104968A

JP2017104968A - Manipulator and multi-fingered hand device

Info

Publication number: JP2017104968A
Application number: JP2016046618A
Authority: JP
Inventors: 保幸小林; Yasuyuki Kobayashi; 武志古川; Takeshi Furukawa; 美沙子津川; Misako Tsugawa; 全弘斎藤; Masahiro Saito; 中村　一也; Kazuya Nakamura; 一也中村
Original assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Current assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-06-15

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manipulator which can effectively transmit power for bending, gripping operation and so on, and a multi-fingered hand device.SOLUTION: A manipulator comprising plural connected links, in which a rotary drive source 22 and a deed screw mechanism 24 are so provided on at least one of the plural links as to be arranged in a direction crossing an extension direction of the link, an output shaft of the rotary drive source 22 is directed to one side in the extension direction, and one end side of a screw shaft 24a of the feed screw mechanism 24 is also directed in the same direction, a torque is transmitted between the output shaft and the screw shaft 24a, and power is transmitted to the other with respect to said one by a direct-acting component 24b engaged with the screw shaft 24a. A multi-fingered hand device is configured in such a manner that the manipulator is located as a finger part.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、例えば、鉗子装置や挟み装置、ＤＣＡ（directional coronary atherectomy：方向性冠動脈粥腫切除術）カテーテル、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography：光干渉断層撮影）カテーテル、その他の医療機器、理化学機器、産業機器や、ロボット等に用いられるマニピュレーターおよび多指ハンド装置に関するものである。 The present invention includes, for example, a forceps device, a pinching device, a DCA (directional coronary atherectomy) catheter, an OCT (Optical Coherence Tomography) catheter, other medical devices, physics and chemistry devices, and industries. The present invention relates to a manipulator and a multi-finger hand device used for equipment, robots, and the like.

従来、この種の発明には、例えば特許文献１に記載されるもののように、回動支点部を支点にし回動することで開閉する作業ツール部（把持部材１，２）と、前記作業ツール部（把持部材１，２）の前端側を前方へ突出させるようにして支持した筒状のリンク（固定管１０）と、前記リンク（固定管１０）に挿通された複数本のワイヤ（Ｗ）とを備え、前記ワイヤ（Ｗ）を一方又は他方へ引くことにより作業ツール部（把持部材１，２）を作動させるようにした医療用の鉗子がある。 Conventionally, in this type of invention, for example, as described in Patent Document 1, a work tool part (gripping members 1 and 2) that opens and closes by turning around a turning fulcrum part and the work tool Cylindrical link (fixed tube 10) supported so that the front end side of the portion (gripping members 1, 2) protrudes forward, and a plurality of wires (W) inserted through the link (fixed tube 10) There is a medical forceps that operates the work tool part (gripping members 1, 2) by pulling the wire (W) to one or the other.

特許第３０７５４０４号公報Japanese Patent No. 3075404

近年、低侵襲手術では、ＭＰＳ（Multi-Port Surgery）からＳＰＳ(Single-Port Surgery)へ急速に移行しつつある。
ＳＰＳ(Single-Port Surgery)では、患者の身体に形成された一つのポートに対し複数の作業ツール部（鉗子等）を挿入するが、患者の身体への悪影響を極力減らすために、前記一つのポートの径をなるべく小さくすることが求められている。そのため、ポートに挿入する鉗子のサイズは、少なくとも外径８ｍｍ以下、好ましくは外径５ｍｍ以下にすることが要求される。
さらに、前記一つのポートに挿入した鉗子を身体内で複雑に移動させる必要があるため、前記作業ツール部を支持するリンク部分は、少なくとも３以上の関節で屈曲することが望ましい。
また、低侵襲手術の中でも、縫合（運針）は最も技量を要し、前端側の前記作業ツール部を回転させる操作（リンク延設方向を軸にした回転操作）が要求される。 In recent years, in minimally invasive surgery, there is a rapid shift from MPS (Multi-Port Surgery) to SPS (Single-Port Surgery).
In SPS (Single-Port Surgery), a plurality of working tool parts (forceps, etc.) are inserted into one port formed in the patient's body, but in order to reduce the adverse effects on the patient's body as much as possible, There is a demand to make the diameter of the port as small as possible. Therefore, the size of the forceps inserted into the port is required to be at least 8 mm or less, preferably 5 mm or less.
Furthermore, since it is necessary to move the forceps inserted into the one port in a complicated manner in the body, it is desirable that the link portion that supports the work tool portion bends by at least three or more joints.
Further, even in minimally invasive surgery, suturing (hand movement) requires the most skill, and an operation for rotating the work tool portion on the front end side (rotating operation with the link extending direction as an axis) is required.

しかしながら、前記のように屈曲自由度を大きくしたマニピュレーターでは、複数のリンクの全長を一定とした場合、関節数が多い分、各関節間のリンク長さは短くなる。
このため、比較的短いリンク内で、屈曲や回転、挟み動作等のための動力を効率よく伝達するのに工夫を要する。 However, in the manipulator having a large degree of flexion freedom as described above, if the total length of the plurality of links is constant, the length of the link between the joints becomes shorter as the number of joints increases.
For this reason, a device is required to efficiently transmit power for bending, rotation, pinching operation, and the like within a relatively short link.

このような課題に鑑みて、本発明は、以下の構成を具備するものである。
連結された複数のリンクを具備したマニピュレーターにおいて、前記複数のリンクのうちの少なくとも一つに、該リンクの延設方向に対し交差する方向へ並ぶように、回転駆動源と送りねじ機構が設けられ、前記回転駆動源の出力軸が前記延設方向の一方へ向けられるとともに、前記送りねじ機構のねじ軸の一端側も同方向へ向けられ、前記出力軸と前記ねじ軸との間で回転力を伝達するとともに、前記ねじ軸に螺合した直動部材によって前記一方に対する他方側に動力を伝達するようにしたマニピュレーター。
また、このマニピュレーターを複数配置して、多指ハンド装置を構成する。 In view of such problems, the present invention has the following configuration.
In a manipulator having a plurality of connected links, at least one of the plurality of links is provided with a rotational drive source and a feed screw mechanism so as to be aligned in a direction intersecting the extending direction of the links. The output shaft of the rotational drive source is directed in one of the extending directions, and the one end side of the screw shaft of the feed screw mechanism is also directed in the same direction, and the rotational force between the output shaft and the screw shaft is A manipulator that transmits power to the other side relative to the one by a linear motion member screwed onto the screw shaft.
A plurality of manipulators are arranged to constitute a multi-finger hand device.

本発明は、以上説明したように構成されているので、各リンクを比較的短く構成した場合でも、屈曲や挟み動作等のための動力を効率よく伝達することができる。 Since the present invention is configured as described above, even when each link is configured to be relatively short, power for bending and pinching operations can be efficiently transmitted.

本発明に係るマニピュレーターの一例を示す側面図である。It is a side view showing an example of a manipulator concerning the present invention. 同マニピュレーターにおける第１の関節機構の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the 1st joint mechanism in the manipulator. 第１の関節機構の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a 1st joint mechanism. 図３における（IV）−（IV）線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the (IV)-(IV) line | wire in FIG. 回動基部及び出力歯車の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a rotation base and an output gearwheel. 回動基部の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a rotation base. 内歯車１８の一例を示す斜視図である。2 is a perspective view showing an example of an internal gear 18. FIG. 同マニピュレーターにおける第２の関節機構の構造を示し、（ａ）は側方から視た図であり、（ｂ）は（ａ）を９０度回転させて視た図である。The structure of the 2nd joint mechanism in the same manipulator is shown, (a) is the figure seen from the side, (b) is the figure seen by rotating (a) 90 degrees. 同マニピュレーターにおける作業ツール部の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the work tool part in the manipulator. 同マニピュレーターにおける第１の関節機構を示し、（ａ）は支持軸に対し直交する方向から視た側面図、（ｂ）は（ａ）を９０度回転させて視た図、（ｃ）は（ｂ）について第２のリンクを回転させた状態の側面図である。The 1st joint mechanism in the same manipulator is shown, (a) is a side view seen from the direction orthogonal to a support axis, (b) is a figure seen by rotating (a) 90 degrees, (c) is ( It is a side view of the state which rotated the 2nd link about b). 第１の関節機構の屈曲動作を（ａ）〜（ｃ）に順次に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the bending operation | movement of a 1st joint mechanism in order to (a)-(c). 第１の関節機構の回転動作を（ａ）〜（ｃ）に順次に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the rotation operation | movement of a 1st joint mechanism in order to (a)-(c). 同マニピュレーターにおける第２の関節機構の構造の他例を示し、（ａ）は側方から視た図であり、（ｂ）は（ａ）を９０度回転させて視た図である。The other example of the structure of the 2nd joint mechanism in the same manipulator is shown, (a) is a figure seen from the side, (b) is a figure seen by rotating (a) 90 degrees. 本発明に係る多指ハンド装置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the multi-finger hand apparatus which concerns on this invention.

本実施の形態の特徴の一つは、連結された複数のリンクを具備したマニピュレーターにおいて、前記複数のリンクのうちの少なくとも一つに、該リンクの延設方向に対し交差する方向へ並ぶように、回転駆動源と送りねじ機構が設けられ、前記回転駆動源の出力軸が前記延設方向の一方へ向けられるとともに、前記送りねじ機構のねじ軸の一端側も同方向へ向けられ、前記出力軸と前記ねじ軸との間で回転力を伝達するとともに、前記ねじ軸に螺合した直動部材によって前記一方に対する他方側に動力を伝達するようにした（図８及び図９参照）。
この構成によれば、回転駆動源の回転力は、リンク延設方向の一方側で、ねじ軸の基端側に伝達され、ねじ軸の回転により直進運動する直動部材によって、他方側（逆方向側）へ伝達される。 One of the features of the present embodiment is that, in a manipulator having a plurality of linked links, at least one of the plurality of links is arranged in a direction crossing the extending direction of the links. A rotation drive source and a feed screw mechanism are provided, and an output shaft of the rotation drive source is directed in one of the extending directions, and one end side of the screw shaft of the feed screw mechanism is also directed in the same direction, and the output A rotational force is transmitted between the shaft and the screw shaft, and power is transmitted to the other side relative to the one by a linear motion member screwed to the screw shaft (see FIGS. 8 and 9).
According to this configuration, the rotational force of the rotational drive source is transmitted to the base end side of the screw shaft on one side in the link extending direction, and the other side (reverse) To the direction side).

他の特徴として、最先端側の前記リンクは、前記出力軸と前記送りねじ機構のねじ軸の一端側とを後方へ向けるようにして前記回転駆動源及び前記送りねじ機構を備え、前記直動部材の直進運動によって動作して作業対象物に対する作業を行う作業ツール部を構成している（図９参照）。 As another feature, the link on the foremost side includes the rotation drive source and the feed screw mechanism so that the output shaft and one end side of the screw shaft of the feed screw mechanism are directed rearward, and the linear motion A work tool unit that operates by a straight movement of the member to perform work on the work object is configured (see FIG. 9).

他の特徴としては、前記作業ツール部は、複数の挟み片を回動させて開閉させる挟み機構であり、前記回転駆動源および前記送りねじ機構が、前記複数の挟み片の各々に対応するように複数設けられ、前記挟み片の各々が、対応する前記直動部材の直進運動により回動するように設けられている（図９参照）。 As another feature, the work tool unit is a pinching mechanism that rotates and opens and closes a plurality of pinching pieces, and the rotation drive source and the feed screw mechanism correspond to each of the pinching pieces. A plurality of the clip pieces are provided so as to be rotated by the linear movement of the corresponding linear motion member (see FIG. 9).

他の特徴としては、前記複数のリンクのうち、隣接する一組のリンクについて、その一方のリンクに対し他方のリンクが回動するように接続され、前記一方のリンクに前記回転駆動源及び前記送りねじ機構が設けられ、前記直動部材の直進運動によって前記他方のリンクが回動するようにした（図８参照）。 As another feature, among the plurality of links, an adjacent set of links is connected so that the other link rotates with respect to the one link, and the rotation drive source and the link are connected to the one link. A feed screw mechanism is provided, and the other link is rotated by the linear movement of the linear motion member (see FIG. 8).

他の特徴としては、前記他方のリンクの回動支点部には、前記他方のリンクと一体に回転する部品として第１の滑車部が設けられ、前記一方のリンクには、第１の滑車部との間に前記直動部材を配置するように第２の滑車部が設けられ、前記直動部材には、ワイヤーの一端側と他端側が止着され、前記ワイヤーは、前記一端側と前記他端側の間の部分を、第１の滑車部と第２の滑車部に掛け回している（図８参照）。 As another feature, the rotation fulcrum portion of the other link is provided with a first pulley portion as a part that rotates integrally with the other link, and the first pulley portion is provided on the one link. A second pulley portion is provided so as to dispose the linear motion member between the first linear end and the linear motion member, and one end side and the other end side of the wire are fastened to the linear motion member. A portion between the other end sides is wound around the first pulley portion and the second pulley portion (see FIG. 8).

他の特徴としては、前記他方のリンクの回動支点部には、前記他方のリンクと一体に回転する部品として回転連結部品が設けられ、前記直動部材と前記回転連結部品とは、中間連結部品によって繋がれているようにした（図１３参照）。 As another feature, the rotation fulcrum part of the other link is provided with a rotation connecting part as a part that rotates integrally with the other link, and the linearly moving member and the rotation connecting part are intermediately connected. They are connected by parts (see FIG. 13).

他の特徴としては、前記他方のリンクに所定の閾値以上の回動負荷が加わった場合に、前記他方のリンクと一体に回転する部品と前記他方のリンクとの連結状態を解除するトルクリミッターを設けた。 As another feature, there is provided a torque limiter that releases a connection state between a component that rotates integrally with the other link and the other link when a rotation load of a predetermined threshold value or more is applied to the other link. Provided.

他の特徴としては、上記の何れかの特徴を有するマニピュレーターを指部として複数配置して多指ハンド装置を構成した（図１４参照）。 As another feature, a multi-finger hand device is configured by arranging a plurality of manipulators having any of the above features as finger portions (see FIG. 14).

＜第１の実施態様＞
次に、上記特徴を有する具体的な実施態様について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るマニピュレーターの簡略化して示す側面図である。 <First Embodiment>
Next, specific embodiments having the above characteristics will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a simplified side view of a manipulator according to the present invention.

このマニピュレーター１は、第１の関節機構１０と、第２の関節機構２０とを備え、これら第１及び第２の関節機構１０，２０の先端側に、作業対象物（例えば、人体の各器官等）に対し作業を行う作業ツール部３０を構成している。 The manipulator 1 includes a first joint mechanism 10 and a second joint mechanism 20, and a work object (for example, each organ of the human body) is disposed on the distal end side of the first and second joint mechanisms 10 and 20. Etc.) is configured.

第１の関節機構１０は、図２に示すように、後側のリンク１１（第１のリンク）と、該リンク１１の前端側に、該リンク１１の延設方向に対し直交するように固定基部１２を介して支持された支持軸１３と、支持軸１３に対し回転するように支持された回動基部１４と、支持軸１３に対しそれぞれ回転するように支持された二つの中間歯車１５と、二つの中間歯車１５に対しそれぞれ軸方向を直交させて噛み合うとともにリンク１１に対し回転するように支持された二つの入力歯車１６と、二つの中間歯車１５に対しそれぞれ軸方向を直交させて噛み合うとともに回動基部１４に対し回転するように支持された二つの出力歯車１７と、回動基部１４に対し回転するように支持された内歯車であってその内歯１８ａ（図４参照）に二つの出力歯車１７を噛み合わせるようにした内歯車１８と、内歯車１８に対し一体回転可能に接続された前側のリンク１９（第２のリンク）と、を備えている。
尚、本実施態様の説明に関する記述において、「前側」或いは「前方」の語句に対する「後側」或いは「後方」の語句の記述における位置関係は、基本的に、関節機構１０における出力歯車１７側を「前側」或いは「前方」として捉えたときに、入力歯車１６側が「後側」或いは「後方」となる位置関係である。この位置関係は、例えば、マニピュレーター１の作業ツール部３０側を「前側」として捉えたときに、第１及び第２の関節機構１０，２０側が「後側」となる位置関係でもある。 As shown in FIG. 2, the first joint mechanism 10 is fixed to the rear link 11 (first link) and the front end side of the link 11 so as to be orthogonal to the extending direction of the link 11. A support shaft 13 supported via the base 12, a rotating base 14 supported to rotate with respect to the support shaft 13, and two intermediate gears 15 supported to rotate with respect to the support shaft 13, respectively. The two intermediate gears 15 mesh with the two intermediate gears 15 and the two input gears 16 supported so as to rotate with respect to the link 11 and the two intermediate gears 15 with the axial directions orthogonal to each other. And two output gears 17 that are supported so as to rotate with respect to the rotating base 14, and an internal gear that is supported so as to rotate with respect to the rotating base 14, and is connected to the internal teeth 18a (see FIG. 4). Output teeth Has an inner gear 18 so as to engage the 17, the front link 19 which is integrally rotatably connected to the internal gear 18 (second link), a.
In the description relating to the description of the present embodiment, the positional relationship in the description of the “rear” or “rear” phrase with respect to the “front” or “front” phrase is basically the output gear 17 side in the joint mechanism 10. Is a positional relationship in which the input gear 16 side is “rear side” or “rear side”. This positional relationship is, for example, a positional relationship in which the first and second joint mechanisms 10 and 20 are “rear” when the work tool unit 30 side of the manipulator 1 is regarded as “front”.

各リンク１１，１９は、金属等の硬質材料から円筒状に形成される。
後側のリンク１１（第１のリンク）には、二つの入力歯車１６を回転させるための二つの回転駆動源１６ａが設けられる。
各回転駆動源１６ａは、歯車機構及び回転式モータ（例えば、ブラシレスＤＣモータやステッピングモータ等）を内蔵したφ２のサーボモータである。この回転駆動源１６ａは、前方（リンク１９側）へ向けた出力軸に、入力歯車１６を固定している。
入力歯車１６は、前方側を徐々に縮径した形状のかさ歯車である。 Each of the links 11 and 19 is formed in a cylindrical shape from a hard material such as metal.
The rear link 11 (first link) is provided with two rotational drive sources 16 a for rotating the two input gears 16.
Each rotation drive source 16a is a φ2 servo motor including a gear mechanism and a rotary motor (for example, a brushless DC motor, a stepping motor, etc.). The rotational drive source 16a has an input gear 16 fixed to an output shaft directed forward (link 19 side).
The input gear 16 is a bevel gear whose shape is gradually reduced in diameter on the front side.

固定基部１２は、リンク１１の前端に圧入固定された略環状の基部１２ａと、
径方向へ間隔を置いて基部１２ａから前方へ突出する二つの軸受片部１２ｂとから一体に構成される。二つの軸受片部１２ｂには、支持軸１３を挿通し支持するための貫通状の支持孔１２ｂ１（図３参照）が設けられる。 The fixed base 12 is a substantially annular base 12a that is press-fitted and fixed to the front end of the link 11, and
The two bearing piece portions 12b project forward from the base portion 12a at an interval in the radial direction. The two bearing pieces 12b are provided with through-hole support holes 12b1 (see FIG. 3) for inserting and supporting the support shaft 13.

支持軸１３は、前記二つの軸受片部１２ｂの間にわたる円柱状の軸であり、リンク１１，１９に対し直交するように設けられる（図３参照）。
この支持軸１３の長手方向の中央側には、二つの中間歯車１５が環状に装着され、さらに、これら中間歯車１５を間に置くようにして、回動基部１４が環状に装着される。
支持軸１３は、固定基部１２の支持孔１２ｂ１に圧入固定される。なお、他例としては、支持軸１３を支持孔１２ｂ１に対し回転可能且つ軸方向移動不能に挿通した態様とすることも可能である。 The support shaft 13 is a cylindrical shaft extending between the two bearing pieces 12b, and is provided so as to be orthogonal to the links 11 and 19 (see FIG. 3).
Two intermediate gears 15 are annularly mounted on the center side in the longitudinal direction of the support shaft 13, and the rotation base 14 is annularly mounted with the intermediate gear 15 interposed therebetween.
The support shaft 13 is press-fitted and fixed in the support hole 12 b 1 of the fixed base 12. As another example, the support shaft 13 can be inserted into the support hole 12b1 so as to be rotatable and immovable in the axial direction.

中間歯車１５は、略円錐台状のかさ歯車であり、支持軸１３に対し回転自在に装着されている。
二つの中間歯車１５は、それぞれ、その後半部側を二つの入力歯車１６に噛み合わせるとともに、前半部側を二つの出力歯車１７に噛み合わせている。 The intermediate gear 15 is a substantially frustoconical bevel gear, and is rotatably attached to the support shaft 13.
Each of the two intermediate gears 15 meshes with the two input gears 16 on the rear half side thereof, and meshes with the two output gears 17 on the front half side.

各出力歯車１７は、中間歯車１５に噛み合うかさ歯車部１７ａと、内歯車１８の内歯車１８に噛み合う平歯車部１７ｂとを一体に有する。
かさ歯車部１７ａは、後方（リンク１１側）へ向かって徐々に縮径されたかさ歯車状に形成され、中間歯車１５に対し直交するように噛み合っている。
平歯車１７ｂは、かさ歯車部１７ａの前方側に同芯状に連結され、内歯車１８の内歯１８ａに噛み合っている（図３参照）。
二つの出力歯車１７は、リンク１９の径方向へ間隔を置いて略平行に配設され、回動基部１４によって回転自在に支持されている（図３及び図５参照）。 Each output gear 17 integrally has a bevel gear portion 17 a that meshes with the intermediate gear 15 and a spur gear portion 17 b that meshes with the internal gear 18 of the internal gear 18.
The bevel gear portion 17 a is formed in a bevel gear shape that is gradually reduced in diameter toward the rear (link 11 side), and meshes with the intermediate gear 15 so as to be orthogonal.
The spur gear 17b is concentrically connected to the front side of the bevel gear portion 17a and meshes with the internal teeth 18a of the internal gear 18 (see FIG. 3).
The two output gears 17 are disposed substantially parallel to each other in the radial direction of the link 19 and are rotatably supported by the rotation base 14 (see FIGS. 3 and 5).

回動基部１４は、二つの中間歯車１５の両側で、支持軸１３に対し回転自在且つ環状に嵌り合う二つの軸挿通片部１４ａと、これら二つの軸挿通片部１４ａから前方へ延設された環状部１４ｂとを一体に有する（図５及び図６参照）。
環状部１４ｂは、略円盤状の部材であり、その径方向の両側に、それぞれ、軸受部材１４ｃを介して出力歯車１７を回転自在に支持している（図５参照）。 The rotating base portion 14 is provided on both sides of the two intermediate gears 15 so as to extend forward from the two shaft insertion piece portions 14a, which are rotatably and annularly fitted to the support shaft 13, and from these two shaft insertion piece portions 14a. And an annular portion 14b (see FIGS. 5 and 6).
The annular portion 14b is a substantially disk-shaped member, and rotatably supports the output gear 17 on both sides in the radial direction via bearing members 14c (see FIG. 5).

内歯車１８は、略円筒状の部材であり（図７参照）、その後端側の内周面に全周にわたる内歯１８ａを有するとともに、該内歯１８ａよりも前側の内周面に、凹凸のない円筒面状の支持面１８ｂを有する。
内歯車１８ａには、二つの出力歯車１７（詳細には平歯車部１７ｂ）が噛み合わせられている（図４参照）。
支持面１８ｂの後寄りには、環状部１４ｂの外周面が摺接可能に嵌り合っている（図３参照）。すなわち、内歯車１８は、支持面１８ｂを環状部１４ｂの外周面に摺接させて回転することが可能である。
また、支持面１８ｂにおける前側には、環状のスペーサ１８ｃや、後述する作業ツール部３０の基部３６等が嵌合されている。
そして、内歯車１８の外周面には、円筒状のリンク１９が進退不能且つ回転不能に固定されている。 The internal gear 18 is a substantially cylindrical member (see FIG. 7). The internal gear 18 has internal teeth 18a over the entire circumference on the inner peripheral surface on the rear end side, and irregularities are formed on the inner peripheral surface on the front side of the internal teeth 18a. It has a cylindrical support surface 18b with no surface.
Two output gears 17 (specifically, a spur gear portion 17b) are meshed with the internal gear 18a (see FIG. 4).
The outer peripheral surface of the annular portion 14b fits slidably behind the support surface 18b (see FIG. 3). That is, the internal gear 18 can be rotated by bringing the support surface 18b into sliding contact with the outer peripheral surface of the annular portion 14b.
Further, an annular spacer 18c, a base portion 36 of a work tool portion 30 described later, and the like are fitted on the front side of the support surface 18b.
A cylindrical link 19 is fixed to the outer peripheral surface of the internal gear 18 so as not to advance and retreat and to rotate.

また、第２の関節機構２０は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、前側のリンク１１と、後側のリンク２１との間の関節部分を屈曲させるための機構である。
詳細に説明すれば、この第２の関節機構２０は、リンク２１内で出力軸を後方へ向けた回転駆動源２２と、該回転駆動源２２の回転力を伝達する伝動歯車２３と、伝動歯車２３の回転力を受けて動作する送りねじ機構２４と、前側のリンク１１と一体的に回転するように設けられた二つの第１の滑車部２５と、後側のリンク２１の後端側に設けられた第２の滑車部２６と、送りねじ機構２４、第１の滑車部２５及び第２の滑車部２６に掛け回された二本のワイヤー２７とを具備している。
なお、図示例の第２の関節機構２０は、第１の関節機構１０の後側に、二つ連結されるが、他例としては、第２の関節機構２０を単数とした態様や、第２の関節機構２０を三以上連結した態様とすることも可能である。 Moreover, the 2nd joint mechanism 20 is a mechanism for bending the joint part between the link 11 of the front side, and the link 21 of the rear side, as shown to Fig.8 (a) (b).
More specifically, the second joint mechanism 20 includes a rotation drive source 22 having an output shaft directed rearward in the link 21, a transmission gear 23 that transmits the rotational force of the rotation drive source 22, and a transmission gear. A feed screw mechanism 24 that operates in response to the rotational force of 23, two first pulley portions 25 that are provided to rotate integrally with the front link 11, and a rear end side of the rear link 21. A second pulley portion 26 is provided, and a feed screw mechanism 24, a first pulley portion 25, and two wires 27 wound around the second pulley portion 26 are provided.
The two second joint mechanisms 20 in the illustrated example are connected to the rear side of the first joint mechanism 10, but as another example, a mode in which the second joint mechanism 20 is singular, It is also possible to adopt a mode in which two or more joint mechanisms 20 are connected.

リンク２１は、上述したリンク１１，１９と同様に、金属等の硬質材料から円筒状に形成される。 The link 21 is formed in a cylindrical shape from a hard material such as metal, like the links 11 and 19 described above.

回転駆動源２２は、上述した回転駆動源１６ａと同様に、歯車機構及び回転式モータ（例えば、ブラシレスＤＣモータやステッピングモータ等）を内蔵したφ２のサーボモータである。この回転駆動源２２は、後方へ向けた出力軸に、平歯車状の駆動歯車２２ａを固定している。 The rotational drive source 22 is a φ2 servo motor with a built-in gear mechanism and a rotary motor (for example, a brushless DC motor, a stepping motor, etc.), similar to the rotational drive source 16a described above. The rotary drive source 22 has a spur gear-like drive gear 22a fixed to an output shaft directed rearward.

伝動歯車２３は、リンク２１に対し基部２８を介して回転自在に支持され、駆動歯車２２ａに対し回転力を受けるように噛み合っている。
基部２８は、リンク２１内の後端側に圧入された円柱状の部材であり、その後部側に、二つの第１の滑車部２５をそれぞれ支持する二つの支持片部２８ａを有する。伝動歯車２３は、軸状部材を介して、基部２８の前端面に支持されている。
なお、図示例によれば、この基部２８は、リンク１１の後端側にも設けられている（図８参照）。 The transmission gear 23 is rotatably supported with respect to the link 21 via the base portion 28, and meshes with the drive gear 22a so as to receive a rotational force.
The base portion 28 is a cylindrical member that is press-fitted to the rear end side in the link 21, and has two support piece portions 28 a that respectively support the two first pulley portions 25 on the rear side. The transmission gear 23 is supported on the front end surface of the base portion 28 via a shaft-like member.
According to the illustrated example, the base 28 is also provided on the rear end side of the link 11 (see FIG. 8).

送りねじ機構２４は、一端側を後方へ向けるようにして回転駆動源２２の回転軸に対し平行に設けられたねじ軸２４ａと、ねじ軸２４ａの前記一端側に固定されて伝動歯車２３に噛み合う入力歯車２４ｄと、ねじ軸２４ａの他端側に螺合した直動部材２４ｂとを備え、ねじ軸２４ａの回転により直動部材２４ｂを直進運動させるようにした機構である。なお、図示例では、送りねじ機構２４としてすべりねじ機構を用いているが、このすべりねじ機構に代えてボールねじ機構を用いることも可能である。 The feed screw mechanism 24 is engaged with the transmission gear 23 by being fixed to the one end side of the screw shaft 24a and a screw shaft 24a provided in parallel with the rotation shaft of the rotary drive source 22 with one end side directed rearward. This mechanism includes an input gear 24d and a linearly moving member 24b screwed to the other end of the screw shaft 24a, and linearly moves the linearly moving member 24b by rotating the screw shaft 24a. In the illustrated example, a sliding screw mechanism is used as the feed screw mechanism 24. However, a ball screw mechanism can be used instead of the sliding screw mechanism.

ねじ軸２４ａの前端側は、リンク２１内面に固定された軸受部材２４ｃによって回転自在に支持されている。また、同ねじ軸２４ａの後端側は、基部２８の前端部によって回転自在に支持されている。
直動部材２４ｂは、ねじ軸２４ａに螺合したナット状の部材であり、後述するワイヤー２７の一端側と他端側が止着されている。 The front end side of the screw shaft 24a is rotatably supported by a bearing member 24c fixed to the inner surface of the link 21. In addition, the rear end side of the screw shaft 24 a is rotatably supported by the front end portion of the base portion 28.
The linear motion member 24b is a nut-like member screwed to the screw shaft 24a, and one end side and the other end side of the wire 27 to be described later are fastened.

二つの第１の滑車部２５は、前側のリンク１１の回動支点部に配設され、リンク１１と一体に回転するように設けられる。
詳細に説明すれば、各第１の滑車部２５は、リンク１１の後端側に固定された基部２８の各支持片部２８ａに対し、一体回転可能に連結されている。これら第１の滑車部２５及び支持片部２８ａは、リンク２１前端側の基部２９に支持された軸部材２９ｃにより回転自在に支持されている。 The two first pulley portions 25 are disposed at the rotation fulcrum portion of the front link 11 and are provided so as to rotate integrally with the link 11.
If it demonstrates in detail, each 1st pulley part 25 is connected with each support piece part 28a of the base 28 fixed to the rear-end side of the link 11 so that integral rotation is possible. The first pulley portion 25 and the support piece portion 28a are rotatably supported by a shaft member 29c supported by the base portion 29 on the front end side of the link 21.

基部２９は、リンク２１の前端側に圧入された環状部２９ａと、該環状部２９ａの前端から前方へ突出する二つの支持片部２９ｂとを一体に有する。
環状部２９ａは、その後端部に、上述した回転駆動源２２や軸受部材２４ｃ等を支持している。
二つの支持片部２９ｂは、リンク２１の中心軸に対し直交するように軸部材２９ｃを圧入している。なお、軸部材２９ｃは、回転不能に固定されているが、軸方向へ移動しないようにすれば回転可能であってもよい。 The base portion 29 integrally includes an annular portion 29a press-fitted to the front end side of the link 21 and two support piece portions 29b protruding forward from the front end of the annular portion 29a.
The annular portion 29a supports the rotational drive source 22 and the bearing member 24c described above at the rear end thereof.
The two support piece portions 29b press-fit the shaft member 29c so as to be orthogonal to the central axis of the link 21. The shaft member 29c is fixed so as not to rotate, but may be rotatable as long as it does not move in the axial direction.

また、第１の滑車部２５と支持片部２９ｂの間には、所定の閾値以上の回動負荷が加わった場合に、これらの間の連結状態を解除するトルクリミッター（図示せず）が設けられている。このトルクリミッターは、例えば、凹凸を有する入力ディスクと前記凹凸に嵌り合う出力ディスクとを備え、所定の閾値以上の回動負荷が加わった場合に前記凹凸による嵌り合いが外れるようにした態様や、その他の周知のトルクリミッターを用いればよい。 Further, a torque limiter (not shown) is provided between the first pulley portion 25 and the support piece portion 29b to release the connection state between them when a rotational load exceeding a predetermined threshold is applied. It has been. This torque limiter includes, for example, an input disk having unevenness and an output disk that fits the unevenness, and when a rotational load of a predetermined threshold or more is applied, the aspect due to the unevenness is removed, Other known torque limiters may be used.

また、第２の滑車部２６は、第１の滑車部２５との間に直動部材２４ｂを配置するようにして、リンク２１内の後端側に固定されている。
この第２の滑車部２６は、図示例によれば、円柱軸状の部材であり、その外周面の後半部側にワイヤー２７を掛け、該ワイヤー２７をその長手方向へ滑らせる。第２の滑車部２６の他例としては、リンク２１に対し回転自在に支持された円柱状部材等とすることも可能である。 Further, the second pulley portion 26 is fixed to the rear end side in the link 21 such that a linear motion member 24 b is disposed between the second pulley portion 26 and the first pulley portion 25.
According to the illustrated example, the second pulley portion 26 is a cylindrical shaft-like member, and a wire 27 is hung on the rear half side of the outer peripheral surface, and the wire 27 is slid in the longitudinal direction. As another example of the second pulley portion 26, a cylindrical member or the like that is rotatably supported with respect to the link 21 may be used.

ワイヤー２７は、例えば金属製ワイヤー等、適宜な引張強さを有する紐状の部材であり、リンク２１内において径方向に間隔を置いて二本設けられる。
各ワイヤー２７の一端側と他端側は、直動部材２４ｂに止着されている。そして、各ワイヤー２７の一端側と他端側の間の部分は、第１の滑車部２５に一周だけ巻き付けられ、第２の滑車部２６の後半部側に掛けられている。
なお、本実施態様によれば、ワイヤー２７、第１の滑車部２５及び第２の滑車部２６をリンク径方向に並ぶように二組設けているが、単数組や三組以上とすることも可能である。 The wire 27 is a string-like member having an appropriate tensile strength, such as a metal wire, and two wires 27 are provided in the link 21 at intervals in the radial direction.
One end side and the other end side of each wire 27 are fixed to the linear motion member 24b. A portion between one end side and the other end side of each wire 27 is wound around the first pulley portion 25 only once and hung on the second half portion side of the second pulley portion 26.
In addition, according to this embodiment, although two sets are provided so that the wire 27, the 1st pulley part 25, and the 2nd pulley part 26 may be located in a line with a link radial direction, they may be set to a single set or three sets or more. Is possible.

以上、前側のリンク１１と、後側のリンク２１との間の関節部分を屈曲させるための機構として、ワイヤー２７を用いた構造について説明したが、図１３（ａ）（ｂ）に示す機構によっても、前側のリンク１１と、後側のリンク２１との間の関節部分を屈曲させて第２の関節機構２０を動作させることができる。以下、図１３を用いて詳細に説明するが、図１３において図８と同一の構成要素については、図８と同じ符号を付している。また、図８と同一の構成要素、機能に関しては、その説明を一部省略している。 As described above, the structure using the wire 27 as the mechanism for bending the joint portion between the front link 11 and the rear link 21 has been described, but the mechanism shown in FIGS. 13A and 13B is used. In addition, the second joint mechanism 20 can be operated by bending the joint portion between the front link 11 and the rear link 21. A detailed description will be given below with reference to FIG. 13. In FIG. 13, the same components as those in FIG. Further, the description of the same components and functions as those in FIG. 8 is partially omitted.

図１３（ａ）は第２の関節機構２０の構造を側方から視た図であって、図１３（ｂ）で指示しているＸ−Ｘの断面図で示している。図１３（ｂ）は図１３（ａ）を９０度回転させて視た図である。
この図１３に示す第２の関節機構２０は、リンク２１内で出力軸を後方へ向けた回転駆動源２２と、該回転駆動源２２の回転力を伝達する伝動歯車２３と、伝動歯車２３の回転力を受けて動作する送りねじ機構５１と、中間連結部品５２と、回転連結部品５３とを具備している。 FIG. 13A is a side view of the structure of the second joint mechanism 20, and is a cross-sectional view taken along the line XX indicated in FIG. 13B. FIG.13 (b) is the figure which rotated Fig.13 (a) 90 degree | times and was seen.
The second joint mechanism 20 shown in FIG. 13 includes a rotation drive source 22 with the output shaft directed rearward in the link 21, a transmission gear 23 that transmits the rotational force of the rotation drive source 22, and a transmission gear 23. A feed screw mechanism 51 that operates in response to a rotational force, an intermediate coupling part 52, and a rotational coupling part 53 are provided.

送りねじ機構５１は、一端側を後方へ向けるようにして回転駆動源２２の回転軸に対し平行に設けられたねじ軸５１ａと、ねじ軸５１ａの前記一端側に固定されて伝動歯車２３に噛み合う入力歯車２４ｄと、ねじ軸５１ａの他端側に螺合した直動部材５１ｂとを備え、ねじ軸５１ａの回転により直動部材５１ｂを直進運動させるようにした機構である。 The feed screw mechanism 51 is engaged with the transmission gear 23 by being fixed to the one end side of the screw shaft 51a and a screw shaft 51a provided in parallel with the rotation shaft of the rotary drive source 22 with one end side directed rearward. This mechanism includes an input gear 24d and a linear motion member 51b that is screwed to the other end of the screw shaft 51a, and causes the linear motion member 51b to linearly move by rotation of the screw shaft 51a.

回転連結部品５３は２枚の円盤状の部材で構成された部品で、前側のリンク１１の回動支点部に配設され、リンク１１と一体に回転するように設けられる。
詳細に説明すれば、回転連結部品５３は、リンク１１の後端側に固定された基部２８の各支持片部２８ａに対し、一体で回転可能に連結されている。回転連結部品５３及び支持片部２８ａは、リンク２１前端側の基部２９に支持された軸部材２９ｃにより回転自在に支持されている。 The rotation connecting part 53 is a part constituted by two disk-like members, and is arranged at the rotation fulcrum portion of the front link 11 so as to rotate integrally with the link 11.
If it demonstrates in detail, the rotation connection component 53 is connected with each support piece part 28a of the base 28 fixed to the rear-end side of the link 11 so that rotation is integral. The rotary connecting component 53 and the support piece portion 28a are rotatably supported by a shaft member 29c supported by the base portion 29 on the front end side of the link 21.

中間連結部品５２は、送りねじ機構５１と回転連結部品５３とを繋いでいる。より具体的には、この中間連結部品５２は、略円弧状に湾曲した形状をしており、円弧形状両側の一方側が直動部材５１ｂの先端部５１ｂｓで回動可能に軸支されている。また、中間連結部品５２の前記一方側に対する他方側は、回転連結部品５３を構成する２枚の円盤に挟まれた状態で、２枚の円盤に固定されたピン５３ａに回動可能に軸支されている。 The intermediate connecting part 52 connects the feed screw mechanism 51 and the rotary connecting part 53. More specifically, the intermediate connecting part 52 has a shape that is curved in a substantially arc shape, and one side of both sides of the arc shape is pivotally supported by the tip portion 51bs of the linear motion member 51b. Further, the other side of the intermediate connection part 52 with respect to the one side is pivotally supported by a pin 53 a fixed to the two disks while being sandwiched between the two disks constituting the rotary connection part 53. Has been.

この構成によって、回転駆動源２２への電力供給により駆動歯車２２ａが回転すると、その回転力は、伝動歯車２３及び入力歯車２４ｄ等を介して、送りねじ機構５１のねじ軸５１ａに伝達される。そして、ねじ軸５１ａの回転により直動部材５１ｂがリンク２１中心線と平行に直進運動する。 With this configuration, when the drive gear 22a rotates by supplying power to the rotational drive source 22, the rotational force is transmitted to the screw shaft 51a of the feed screw mechanism 51 via the transmission gear 23, the input gear 24d, and the like. The linear movement member 51b moves linearly parallel to the center line of the link 21 by the rotation of the screw shaft 51a.

このとき、中間連結部品５２を介して回転連結部品５３に動力を伝達して、前側のリンク１１と、後側のリンク２１との間の関節部分を屈曲させる。この構成では、比較的コンパクトな機構によって、関節を屈曲させることができる。 At this time, power is transmitted to the rotary connecting part 53 via the intermediate connecting part 52, and the joint portion between the front link 11 and the rear link 21 is bent. In this configuration, the joint can be bent by a relatively compact mechanism.

以上、前側のリンク１１と、後側のリンク２１との間の関節部分を屈曲させるための機構として、中間連結部品５２を用いた構造について説明したが、各構成部品の形状等は必ずしも図１３に示すものと同一でなくともよい。例えば、回転連結部品５３は円盤形状でなくともよく、中間連結部品５２も略円弧状に湾曲した形状のものでなくともよく、送りねじ機構５１による直進運動による力を、中間の連結部品を用いて伝達することにより、関節部分を屈曲動作を行えればよい。 As described above, the structure using the intermediate connecting component 52 as the mechanism for bending the joint portion between the front link 11 and the rear link 21 has been described. However, the shape and the like of each component are not necessarily shown in FIG. It does not have to be the same as shown in. For example, the rotary connecting part 53 does not have to have a disk shape, and the intermediate connecting part 52 does not have to have a substantially arcuate shape, and the intermediate connecting part uses the force caused by the straight movement by the feed screw mechanism 51. It is only necessary to bend the joint part by transmitting the information.

また、作業ツール部３０は、複数（図示例によれば二つ）の挟み片３１を回動させて開閉させる挟み機構（詳細には、医療用の鉗子）であり、回転駆動源３３および送りねじ機構３４を、複数の挟み片３１の各々に対応するように複数設けることで、挟み片３１の各々が、対応する送りねじ機構３４の直動部材の直進運動により回動するようにしている。 The work tool unit 30 is a pinching mechanism (specifically, a medical forceps) that rotates and opens and closes a plurality of (two in the illustrated example) pinching pieces 31, and includes a rotation drive source 33 and a feed mechanism. By providing a plurality of screw mechanisms 34 so as to correspond to each of the plurality of sandwiching pieces 31, each of the sandwiching pieces 31 is rotated by a linear motion of the linear motion member of the corresponding feed screw mechanism 34. .

この作業ツール部３０の駆動源側の機構は、上述した第２の関節機構２０の駆動源側機構と基本構造が略同じである。
すなわち、作業ツール部３０の駆動源側機構は、円筒状のリンク１９内で出力軸を後方へ向けた回転駆動源３３と、該回転駆動源３３の回転力を伝達する伝動歯車３５と、伝動歯車３５の回転力を入力歯車３４ｂにより受けて動作する送りねじ機構３４とをリンク径方向に並ぶように線対象に二組備え、各送りねじ機構３４におけるねじ軸３４ａに螺合した直動部材（図示せず）によって前方側の対応する挟み片３１に、動力を伝達するようにしている。 The mechanism on the drive source side of the work tool unit 30 has substantially the same basic structure as the drive source side mechanism of the second joint mechanism 20 described above.
That is, the drive source side mechanism of the work tool unit 30 includes a rotation drive source 33 with the output shaft directed rearward in the cylindrical link 19, a transmission gear 35 that transmits the rotational force of the rotation drive source 33, and transmission A linear motion member that includes two pairs of feed screw mechanisms 34 that receive the rotational force of the gear 35 by the input gear 34b and that are arranged in the link radial direction so as to be aligned in the link radial direction, and are screwed to the screw shaft 34a of each feed screw mechanism 34 The power is transmitted to the corresponding clip piece 31 on the front side (not shown).

各回転駆動源３３は、上述した回転駆動源１６ａ，２２，と略同様に、歯車機構及び回転式モータ（例えば、ブラシレスＤＣモータやステッピングモータ等）を内蔵したφ２のサーボモータである。この回転駆動源３３は、後方へ向けた出力軸に、平歯車状の駆動歯車３３ａを固定している。 Each rotational drive source 33 is a φ2 servo motor having a built-in gear mechanism and a rotary motor (for example, a brushless DC motor, a stepping motor, etc.) substantially similar to the rotational drive sources 16a, 22 described above. The rotary drive source 33 has a spur gear-like drive gear 33a fixed to an output shaft directed rearward.

各伝動歯車３５は、リンク１９の後端部に対し基部３６を介して回転自在に支持され、駆動歯車３３ａに対し回転力を受けるように噛み合っている。
基部３６は、リンク１９内の後端側に圧入された円柱状の部材であり、その前端面に支持された軸部材よって、伝動歯車３５及びねじ軸３４ａ等をそれぞれ回転自在に支持している。 Each transmission gear 35 is rotatably supported by a rear end portion of the link 19 via a base portion 36, and meshes with the drive gear 33a so as to receive a rotational force.
The base portion 36 is a columnar member that is press-fitted to the rear end side in the link 19, and the transmission gear 35, the screw shaft 34 a, and the like are rotatably supported by shaft members that are supported on the front end surface thereof. .

各送りねじ機構３４は、上述した送りねじ機構２４と同様に、一端側を後方へ向けたねじ軸３４ａの回転により直動部材（図示せず）を直進運動させるようにした機構である。 Each feed screw mechanism 34 is a mechanism that linearly moves a linearly moving member (not shown) by rotation of the screw shaft 34a with one end directed rearward, similarly to the feed screw mechanism 24 described above.

二つの挟み片３１は、前端側を開閉するように、その基端側がリンク１９の前端側に枢支されている。
詳細に説明すれば、各挟み片３１の後端側には、リンク１９の前端側に支持された軸部材３２が挿通され、各挟み片３１は軸部材３２を回転中心にして回転する。軸部材３２の外周部には、二つの挟み片３１を開方向へ付勢するように、ねじりバネ状の付勢部材３２ａが環状に装着されている。
また、挟み片３１における軸部材３２よりも後側の部分は、略Ｌ字状に外側へ曲げられ、その後端側が、リンク部材３２ｂ等を介して、送りねじ機構３４の前記直動部材（図示せず）に接続されている。したがって、回転駆動源３３の駆動により前記直動部材を前進させれば、挟み片３１が付勢部材３２ａの付勢力に抗して閉鎖方向へ回動する。 The two clamping pieces 31 are pivotally supported on the front end side of the link 19 so that the front end side is opened and closed.
More specifically, a shaft member 32 supported on the front end side of the link 19 is inserted into the rear end side of each clip piece 31, and each clip piece 31 rotates around the shaft member 32 as a rotation center. On the outer periphery of the shaft member 32, a torsion spring-like biasing member 32a is annularly mounted so as to bias the two clip pieces 31 in the opening direction.
Further, the rear portion of the sandwiching piece 31 with respect to the shaft member 32 is bent outward in a substantially L shape, and the rear end side of the linear movement member (see FIG. (Not shown). Therefore, when the linear motion member is advanced by driving the rotational drive source 33, the pinching piece 31 rotates in the closing direction against the biasing force of the biasing member 32a.

次に上記構成のマニピュレーター１について、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
先ず、第１の関節機構１０の動作について説明する。
図１１〜図１２は、第１の関節機構１０を模式的に示している。
二つの回転駆動源１６ａの回転力により二つの入力歯車１６を同じ回転速度で逆方向（換言すれば時計方向と反時計方向）に回転させれば（図１１（ａ）参照）、これらに噛み合っている二つの中間歯車１５は、同一方向へ回転する（図１１（ｂ）参照）。
すると、二つの中間歯車１５に噛み合っている二つの出力歯車１７（かさ歯車部１７ａ及び平歯車部１７ｂ）には、互いに逆方向の回転力が作用する。
このため、内歯車１８は、図１１（ｃ）に示すように回転できず、支持軸１３を支点にして回動基部１４が回動し、これに伴ってリンク１９も一体的に回動する。すなわち、図１０（ｂ）（ｃ）に示すように、リンク１１に対しリンク１９が屈曲運動することになる。
なお、図示を省略するが、二つの回転駆動源１６ａを、それぞれ前記と逆に回転させれば、リンク１１に対しリンク１９が逆方向へ屈曲することになる。 Next, the characteristic effect of the manipulator 1 having the above configuration will be described in detail.
First, the operation of the first joint mechanism 10 will be described.
11 to 12 schematically show the first joint mechanism 10.
If the two input gears 16 are rotated in the reverse direction (in other words, clockwise and counterclockwise) at the same rotational speed by the rotational force of the two rotational driving sources 16a (see FIG. 11A), they mesh with each other. The two intermediate gears 15 rotate in the same direction (see FIG. 11B).
Then, rotational forces in opposite directions act on the two output gears 17 (the bevel gear portion 17a and the spur gear portion 17b) engaged with the two intermediate gears 15.
For this reason, the internal gear 18 cannot be rotated as shown in FIG. 11C, and the rotation base portion 14 is rotated with the support shaft 13 as a fulcrum, and the link 19 is also rotated integrally therewith. . That is, as shown in FIGS. 10B and 10C, the link 19 is bent with respect to the link 11.
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, if the two rotation drive sources 16a are each rotated reversely, the link 19 will bend with respect to the link 11 in the reverse direction.

また、二つの回転駆動源１６ａの回転力により二つの入力歯車１６を、同じ回転速度で同方向へ回転させれば（図１２（ａ）参照）、これらに噛み合っている二つの中間歯車１５は、互いに逆となる方向へ回転する（図１２（ｂ）参照）。
すると、二つの中間歯車１５に噛み合っている二つの出力歯車１７（かさ歯車部１７ａ及び平歯車部１７ｂ）は、同回転方向となるように回転する。
このため、内歯車１８は、二つの出力歯車１７から回転力を受け、回動基部１４における環状部１４ｂの外周面に摺接して、一方向へ回転運動（自転）することになり、この回転に伴って内歯車１８と一体のリンク１９も同方向へ回転運動する。
なお、図示を省略するが、二つの回転駆動源１６ａを、それぞれ前記と逆に回転させれば、回動基部１４及びリンク１９の自転方向が逆になる。 Further, if the two input gears 16 are rotated in the same direction at the same rotational speed by the rotational force of the two rotational drive sources 16a (see FIG. 12A), the two intermediate gears 15 meshing with them are obtained. Rotate in directions opposite to each other (see FIG. 12B).
Then, the two output gears 17 (the bevel gear portion 17a and the spur gear portion 17b) meshing with the two intermediate gears 15 rotate so as to be in the same rotation direction.
For this reason, the internal gear 18 receives rotational force from the two output gears 17 and comes into sliding contact with the outer peripheral surface of the annular portion 14b of the rotation base 14 to rotate in one direction (rotation). Accordingly, the link 19 integrated with the internal gear 18 also rotates in the same direction.
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, if the two rotation drive sources 16a are each rotated reversely, the rotation direction of the rotation base 14 and the link 19 will be reversed.

また、二つの回転駆動源１６ａをそれぞれ個別に回転数制御して、二つの入力歯車１６の回転方向及び回転速度を適宜に調整すれば、リンク１９を自転させながら屈曲運動させることも可能である。 Also, if the rotational speeds of the two rotational drive sources 16a are individually controlled and the rotational direction and rotational speed of the two input gears 16 are adjusted appropriately, the link 19 can be bent and rotated. .

次に、第２の関節機構２０の動作について説明する。第２の関節機構２０を動作させる機構の構造例として、ワイヤーを介して動力を伝達する機構（図８参照）と、中間連結部品を介して動力を伝達する機構（図１３参照）などがある。 Next, the operation of the second joint mechanism 20 will be described. Examples of structures for operating the second joint mechanism 20 include a mechanism for transmitting power via a wire (see FIG. 8) and a mechanism for transmitting power via an intermediate connecting component (see FIG. 13). .

まず、図８を用いて、ワイヤーを介して動力を伝達する機構による第２の関節機構２０の動作について説明する。
回転駆動源２２への電力供給により駆動歯車２２ａが回転すると、その回転力は、伝動歯車２３及び入力歯車２４ｄ等を介して、送りねじ機構２４のねじ軸２４ａに伝達される。そして、ねじ軸２４ａの回転により直動部材２４ｂがリンク２１中心線と平行に直進運動する。すると、直動部材２４ｂに止着されているワイヤー２７が長手方向へ移動するため、該ワイヤー２７が巻かれた第１の滑車部２５が回転し、該第１の滑車部２５と一体的に基部２８及びリンク１１が回動する。すなわち、リンク２１に対しリンク１１が屈曲運動する。リンク１１の屈曲方向を逆にする場合は、回転駆動源２２への供給電力を制御して、回転駆動源２２の回転方向を逆にすればよい。 First, the operation of the second joint mechanism 20 by a mechanism for transmitting power via a wire will be described with reference to FIG.
When the drive gear 22a rotates by supplying power to the rotational drive source 22, the rotational force is transmitted to the screw shaft 24a of the feed screw mechanism 24 via the transmission gear 23, the input gear 24d, and the like. The linear movement member 24b moves linearly parallel to the center line of the link 21 by the rotation of the screw shaft 24a. Then, since the wire 27 fixed to the linear motion member 24b moves in the longitudinal direction, the first pulley portion 25 around which the wire 27 is wound rotates, and is integrated with the first pulley portion 25. The base 28 and the link 11 are rotated. That is, the link 11 is bent with respect to the link 21. When the bending direction of the link 11 is reversed, the power supplied to the rotational drive source 22 is controlled to reverse the rotational direction of the rotational drive source 22.

更に、図１３を用いて、中間連結部品５２を介して動力を伝達する機構による第２の関節機構２０の動作について説明する。
回転駆動源２２への電力供給により駆動歯車２２ａが回転すると、その回転力は、伝動歯車２３及び入力歯車２４ｄ等を介して、送りねじ機構５１のねじ軸５１ａに伝達される。そして、ねじ軸５１ａの回転により直動部材５１ｂがリンク２１中心線と平行に直進運動する。すると、直動部材５１ｂと回転連結部品５３とを繋ぐ中間連結部品５２が長手方向へ移動するため、回転連結部品５３が回転し、該回転連結部品５３と一体的に基部２８及びリンク１１が回動する。すなわち、リンク２１に対しリンク１１が屈曲運動する。リンク１１の屈曲方向を逆にする場合は、回転駆動源２２への供給電力を制御して、回転駆動源２２の回転方向を逆にすればよい。 Furthermore, the operation | movement of the 2nd joint mechanism 20 by the mechanism which transmits motive power via the intermediate | middle connection component 52 is demonstrated using FIG.
When the drive gear 22a rotates by supplying power to the rotational drive source 22, the rotational force is transmitted to the screw shaft 51a of the feed screw mechanism 51 via the transmission gear 23, the input gear 24d, and the like. The linear movement member 51b moves linearly parallel to the center line of the link 21 by the rotation of the screw shaft 51a. Then, since the intermediate connecting part 52 that connects the linear motion member 51b and the rotary connecting part 53 moves in the longitudinal direction, the rotary connecting part 53 rotates, and the base 28 and the link 11 rotate integrally with the rotary connecting part 53. Move. That is, the link 11 is bent with respect to the link 21. When the bending direction of the link 11 is reversed, the power supplied to the rotational drive source 22 is controlled to reverse the rotational direction of the rotational drive source 22.

リンク１１が作業ツール部３０側から過剰な力を受けた場合には、支持片部２８ａと第１の滑車部２５（図８参照）の間のトルクリミッター（図示せず）又は回転連結部品５３（図１３参照）の間のトルクリミッター（図示せず）を配置することで、この作用により、基部２８及びリンク１１が、第１の滑車部２５又は回転連結部品５３に対し回転するため、マニピュレーター１の各部及びマニピュレーター１が接する周囲の物体の損傷を防ぐことができる。
なお、図８、図１３の例によれば、マニピュレーター１の後部側に第２の関節機構２０を二つ直列状に設けているため、これら二つの関節部分について、それぞれ上記動作が可能である。 When the link 11 receives an excessive force from the work tool part 30 side, a torque limiter (not shown) or the rotary connecting part 53 between the support piece part 28a and the first pulley part 25 (see FIG. 8). By arranging a torque limiter (not shown) between (see FIG. 13), the base 28 and the link 11 are rotated with respect to the first pulley 25 or the rotary connecting part 53 by this action, so that the manipulator It is possible to prevent damage to surrounding parts with which each part of 1 and the manipulator 1 are in contact.
In addition, according to the example of FIG. 8, FIG. 13, since the 2nd joint mechanism 20 is provided in series at the rear part side of the manipulator 1, the said operation | movement is each possible about these two joint parts. .

次に、作業ツール部３０の動作について説明する（図９参照）。
各回転駆動源３３に対し電力が供給されて駆動歯車３３ａが回転すると、その回転力は、伝動歯車３５及び入力歯車３４ｂを介してねじ軸３４ａに伝達され、ねじ軸３４ａが一方向へ回転する。したがって、ねじ軸３４ａに螺合した直動部材（図示せず）が、リンク１９中心線と平行に直進運動し、この直進運動が、リンク部材３２ｂ等を介して各挟み片３１に伝達され、各挟み片３１が回動することになる。
尚、駆動歯車３３ａ、伝動歯車３５、入力歯車３４ｂの歯幅寸法は、リンク１９の内部で送りねじ機構３４の軸方向の位置がずれた場合にも、各歯車が互いに噛み合った状態を維持できるように設定されている。
二つの回転駆動源３３は、それぞれ独立して制御することが可能になっている。したがって、二つの回転駆動源３３を適宜に制御すれば、二つの挟み片３１を付勢部材３２ａの付勢力に抗して閉鎖したり、逆に開放したり、あるいは、二つの挟み片３１を閉じた状態まま一方へ傾けるように回動したり等、様々な動作を行うことができる。 Next, the operation of the work tool unit 30 will be described (see FIG. 9).
When electric power is supplied to each rotational drive source 33 and the drive gear 33a rotates, the rotational force is transmitted to the screw shaft 34a via the transmission gear 35 and the input gear 34b, and the screw shaft 34a rotates in one direction. . Accordingly, a linear motion member (not shown) screwed to the screw shaft 34a moves linearly in parallel to the center line of the link 19, and this linear motion is transmitted to each sandwiching piece 31 via the link member 32b and the like. Each clip piece 31 rotates.
Note that the tooth width dimensions of the drive gear 33a, the transmission gear 35, and the input gear 34b can maintain a state in which the gears mesh with each other even when the axial position of the feed screw mechanism 34 is displaced inside the link 19. Is set to
The two rotational drive sources 33 can be controlled independently of each other. Therefore, if the two rotational drive sources 33 are appropriately controlled, the two clip pieces 31 are closed against the urging force of the urging member 32a, or opened oppositely, or the two clip pieces 31 are opened. Various operations can be performed, such as turning to tilt to one side in a closed state.

よって、上記構成のマニピュレーター１によれば、外径８ｍｍ以下や、外径５ｍｍ以下に構成することが可能な上、複数もしくは３以上の関節により複雑な屈曲動作が可能であり、さらに、作業ツール部３０については、第１の関節機構１０によって回転運動と屈曲運動を組み合わせた複雑な動作が可能である。
したがって、このマニピュレーター１は、ＳＰＳ(Single-Port Surgery)に用いる鉗子として特に有用である。 Therefore, according to the manipulator 1 configured as described above, it can be configured to have an outer diameter of 8 mm or less or an outer diameter of 5 mm or less, and a complex bending operation can be performed by a plurality of or three or more joints. About the part 30, the 1st joint mechanism 10 can perform the complicated operation | movement which combined rotational motion and bending motion.
Therefore, the manipulator 1 is particularly useful as a forceps used for SPS (Single-Port Surgery).

なお、上記実施態様によれば、二つの中間歯車１５における軸方向の両側に二つの入力歯車１６及び二つの出力歯車１７を配置したが、他例としては、二つの中間歯車１５の間側に、二つの入力歯車１６及び／又は二つの出力歯車１７を配置し噛み合わせる構成とすることも可能である。 According to the above embodiment, the two input gears 16 and the two output gears 17 are disposed on both sides of the two intermediate gears 15 in the axial direction, but as another example, between the two intermediate gears 15. Alternatively, a configuration in which two input gears 16 and / or two output gears 17 are arranged and meshed with each other is also possible.

また、上記実施態様によれば、入力歯車１６、中間歯車１５、出力歯車１７の後側部分（かさ歯車部１７ａ）をそれぞれかさ歯車により構成したが、これらは軸方向を交差させて噛み合う歯車であればよく、例えば、冠歯車（フェースギヤ）やその他の歯車を用いた構成とすることも可能である。 Moreover, according to the said embodiment, although the rear side part (bevel gear part 17a) of the input gear 16, the intermediate | middle gear 15, and the output gear 17 was comprised by the bevel gear, these are gears which mesh | intersect crossing an axial direction. For example, a configuration using a crown gear (face gear) or other gears is also possible.

また、上記第２の関節機構２０では、回転駆動源２２の出力軸等を後方へ向け、その逆側（前方）のリンク１１を屈曲させるようにしたが、他例としては、前後方向の構成を逆にして、すなわち、回転駆動源２２の出力軸等を前方へ向け、その逆側（後方）のリンクを屈曲させる構造とすることも可能である。 In the second joint mechanism 20, the output shaft or the like of the rotational drive source 22 is directed rearward, and the link 11 on the opposite side (front) is bent. In other words, the output shaft of the rotational drive source 22 can be directed forward and the link on the opposite side (rear) can be bent.

また、上記実施態様によれば、屈曲運動及び回転運動する第１の関節機構１０を一つ、屈曲運動のみする第２の関節機構２０を二つ備える構成としたが、他例としては、全ての関節を第１の関節機構１０によって構成した態様や、全ての関節を第２の関節機構２０によって構成した態様、第１の関節機構１０と第２の関節機構２０を図示以外の数や組み合わせにした態様等とすることが可能である。 Moreover, according to the said embodiment, although it was set as the structure provided with the 1st joint mechanism 10 which carries out bending movement and rotational movement, and the 2nd joint mechanism 20 which carries out only bending movement, as all other examples, A mode in which the joints are configured by the first joint mechanism 10, a mode in which all the joints are configured by the second joint mechanism 20, and the number and combination of the first joint mechanism 10 and the second joint mechanism 20 other than those illustrated. It is possible to set it as the aspect etc. which were made.

また、上記実施態様によれば、作業ツール部３０を医療用挟み装置（鉗子）として構成したが、この作業ツール部の他例としては、ＤＣＡカーテルや、ＯＣＴ、その他の医療機器、理化学機器、産業機器、ロボット等の作業部分の装置として構成することが可能である。
より具体的に説明すれば、作業ツール部３０の他例としては、作業対象物を挟み切る装置や、作業対象物にドリルで孔をあける装置、作業対象物に塗装を行う装置等とすることも可能である。 Moreover, according to the said embodiment, although the working tool part 30 was comprised as a medical clamping device (forceps), as another example of this working tool part, DCA Cartel, OCT, other medical equipment, physics and chemistry equipment, It can be configured as a device for a working part such as an industrial device or a robot.
More specifically, as another example of the work tool unit 30, a device for pinching the work object, a device for drilling a hole in the work object, a device for coating the work object, etc. Is also possible.

＜第２の実施態様＞
上記構成のマニピュレーター１を複数使用して多指ハンド装置を構成することができる。
この多指ハンド装置について、図１４を用いて説明する。 <Second Embodiment>
A multi-finger hand device can be configured using a plurality of manipulators 1 having the above-described configuration.
This multi-finger hand device will be described with reference to FIG.

図１４に示す多指ハンド装置Ａは、基体６１に複数（図示例によれば４本）のマニピュレーター１が配置されている。すなわち、各マニピュレーター１が、多指ハンド装置Ａにおいて、指部として機能する。 In the multi-finger hand device A shown in FIG. 14, a plurality of (four in the illustrated example) manipulators 1 are arranged on a base 61. That is, each manipulator 1 functions as a finger portion in the multi-finger hand device A.

基体６１は、２枚の板状部材６１ａと、これら板状部材間に挟持されて先端側を放射状に突出させた複数の支持部材６１ｂとを一体に備える。
各マニピュレーター１の基端側の第２の関節機構２０におけるリンク２１が、各支持部材６１ｂ内に回転駆動可能な状態で接続されている。各支持部材６１ｂ内には、接続したリンク２１を回転駆動する駆動源（図示せず）及び駆動機構（図示せず）が設けられる。 The base body 61 is integrally provided with two plate-like members 61a and a plurality of support members 61b sandwiched between these plate-like members and projecting radially at the front end side.
The link 21 in the second joint mechanism 20 on the proximal end side of each manipulator 1 is connected to each support member 61b in a state where it can be rotationally driven. A drive source (not shown) and a drive mechanism (not shown) for rotating the connected link 21 are provided in each support member 61b.

基体６１の掌側には、センサ６３が固定されている。例えば、多指ハンド装置Ａが対象物を把持して、対象物の向きを変えたり、持ち替える動作を行う際、センサ６３による検知信号に基づき、多指ハンド装置Ａの各マニピュレーター１の動作を制御する。センサ６３は、単数又は複数の撮像素子（例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等）などが用いられる。 A sensor 63 is fixed on the palm side of the base 61. For example, when the multi-finger hand device A grips an object and performs an operation of changing the direction of the object or changing the object, the operation of each manipulator 1 of the multi-finger hand device A is controlled based on a detection signal from the sensor 63. To do. As the sensor 63, a single image sensor or a plurality of image sensors (for example, CCD, CMOS, etc.) are used.

マニピュレーター１は、単独でも、回転、屈曲、伸展や挟みなどの動作を行えるが、複数のマニピュレーター１を用いて多指ハンド装置Ａとすることで、より多彩な動作が可能となる。 The manipulator 1 can perform operations such as rotation, bending, extension, and pinching alone, but by using the multi-finger hand device A using a plurality of manipulators 1, more various operations are possible.

具体的には、例えば、多指ハンド装置Ａにおいて複数配置して各々が指部となっているマニピュレーター１の内、一本のマニピュレーター１の作業ツール部３０の挟み片３１によって対象物を把持して、対象物の向きを意図する方向に変える。その後、対象物を把持していない残りのマニピュレーター１の内の１本又は２本以上のマニピュレーター１の作業ツール部３０の挟み片３１によって、対象物を把持し直すといった動作を行うことができる。すなわち、多指ハンド装置Ａによれば、ハンド掌側の各指が届く範囲の中で、対象物の向きを変えて持ち替えるといった作業を行うことができる。 Specifically, for example, among the manipulators 1 that are arranged in a plurality in the multi-finger hand device A and each is a finger part, the object is gripped by the clip pieces 31 of the work tool part 30 of one manipulator 1. Change the direction of the object to the intended direction. Thereafter, an operation of re-holding the object can be performed by the pinching pieces 31 of the work tool unit 30 of one or more of the remaining manipulators 1 not holding the object. That is, according to the multi-finger hand device A, it is possible to perform work such as changing the direction of the object and holding it within the reach of each finger on the hand palm side.

多指ハンド装置Ａにより、工業製品の生産現場において作業ロボットに適用することで、スペースの限られた狭い範囲の中で、小さい対象物を適切に、持ち替え、並べ替えるなどの作業を行うことができる。或いは、外科手術用ロボットに適用して、適切に、縫合（運針）の処置を行うことができる。 By applying the multi-finger hand device A to a work robot at the production site of industrial products, it is possible to carry out operations such as appropriately changing and rearranging small objects within a limited space. it can. Alternatively, it can be applied to a surgical robot and appropriately treated for suturing (hand movement).

また、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.

１：マニピュレーター
１０：第１の関節機構
１１：リンク（第１のリンク）
１３：支持軸
１４：回動基部
１５：中間歯車
１６：入力歯車
１７：出力歯車
１７ａ：かさ歯車部
１７ｂ：平歯車部
１８：内歯車
１９：リンク（第２のリンク）
２０：第２の関節機構
２１：リンク
１６ａ，２２，３３：回転駆動源（電動モータ）
２４，３４：送りねじ機構
２３，３５：伝動歯車
２４：送りねじ機構
２４ａ：ねじ軸
２４ｂ：直動部材
２５：第１の滑車部
２６：第２の滑車部
２７：ワイヤー
２９：基部
３０：作業ツール部
３１：挟み片
５１：送りねじ機構
５２：中間連結部品
５３：回転連結部品
６１：基体
６３：センサ
Ａ：多指ハンド装置 1: Manipulator 10: First joint mechanism 11: Link (first link)
13: Support shaft 14: Rotating base 15: Intermediate gear 16: Input gear 17: Output gear 17a: Bevel gear portion 17b: Spur gear portion 18: Internal gear 19: Link (second link)
20: Second joint mechanism 21: Link 16a, 22, 33: Rotation drive source (electric motor)
24, 34: feed screw mechanism 23, 35: transmission gear 24: feed screw mechanism 24a: screw shaft 24b: linear motion member 25: first pulley portion 26: second pulley portion 27: wire 29: base portion 30: work Tool part 31: Clipping piece 51: Feed screw mechanism 52: Intermediate connecting part 53: Rotating connecting part 61: Base 63: Sensor A: Multi-finger hand device

Claims

In a manipulator having a plurality of linked links,
At least one of the plurality of links is provided with a rotational drive source and a feed screw mechanism so as to line up in a direction crossing the extending direction of the link,
The output shaft of the rotational drive source is directed in one of the extending directions, and one end side of the screw shaft of the feed screw mechanism is also directed in the same direction, and rotational force is generated between the output shaft and the screw shaft. A manipulator that transmits power to the other side relative to the one by a linear motion member screwed onto the screw shaft.

The link on the foremost side includes the rotation drive source and the feed screw mechanism such that the output shaft and one end side of the screw shaft of the feed screw mechanism are directed rearward, and the linear motion member moves straight. The manipulator according to claim 1, wherein the manipulator comprises a work tool unit that operates to perform work on a work object.

The work tool portion is a pinching mechanism that rotates and opens and closes a plurality of pinching pieces,
A plurality of the rotation drive source and the feed screw mechanism are provided so as to correspond to each of the plurality of clip pieces,
The manipulator according to claim 2, wherein each of the clip pieces is provided so as to be rotated by a rectilinear movement of the corresponding linear motion member.

Of the plurality of links, an adjacent set of links is connected such that the other link rotates with respect to the one link, and the rotation drive source and the feed screw mechanism are provided on the one link. The manipulator according to any one of claims 1 to 3, wherein the other link is rotated by a rectilinear movement of the linear motion member.

The pivot point of the other link is provided with a first pulley as a part that rotates integrally with the other link,
The one link is provided with a second pulley portion so as to dispose the linear motion member between the first pulley portion and the first pulley portion,
One end side and the other end side of the wire are fixed to the linear motion member,
5. The manipulator according to claim 4, wherein the wire hangs a portion between the one end side and the other end side around the first pulley portion and the second pulley portion.

The rotation fulcrum part of the other link is provided with a rotation connecting part as a part that rotates integrally with the other link,
The manipulator according to claim 4, wherein the linear motion member and the rotary connection component are connected by an intermediate connection component.

When a rotational load greater than a predetermined threshold is applied to the other link,
The manipulator according to claim 5 or 6, further comprising a torque limiter that releases a connection state between the other link and a component that rotates integrally with the other link.

A multi-finger hand device comprising a plurality of the manipulators according to claim 1 as finger portions.